專利名稱：使用多色重現(xiàn)引擎的斷層成像反向投影的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計算機斷層成像領(lǐng)域，更具體地說涉及使用多色通道、圖形重現(xiàn)引擎的計算機斷層成像反向投影和體積重現(xiàn)(volumerendering)。
背景技術(shù)：
實時或記錄的圖像的體積可視化不僅包含檢視，而且還包括從傳感器源中獲得的更為基本的投影數(shù)據(jù)的體積數(shù)據(jù)組的結(jié)構(gòu)。在重現(xiàn)的過程中使用的大部分體積從這種傳感器數(shù)據(jù)中導(dǎo)出?；镜膶嵗怯嬎銠C輔助斷層成像(CAT)x-射線數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)通常是三維體積的一系列的二維投影。將這種投影數(shù)據(jù)反向轉(zhuǎn)換為體積的過程稱為斷層成像反向投影。使用術(shù)語“斷層成像反向投影”或“計算機斷層成像(CT)”來將它與信號重建區(qū)分開；即從該函數(shù)的離散采樣中重建連續(xù)函數(shù)(信號)。一旦通過斷層成像重建了片層或體積，則使用公知的重現(xiàn)技術(shù)就可以使它可視化。
計算機斷層成像(CT)提供了表示身體或?qū)ο蟮霓D(zhuǎn)換片層(也稱為平面)的圖像。通過繞要看的身體或?qū)ο蟮囊徊糠值闹苓厡-射線源旋轉(zhuǎn)進(jìn)入檢測裝置(例如，傳感器行(ID)或列(2D))可以實現(xiàn)這種分片。該源和檢測裝置通常彼此180°放置以允許該檢測裝置測量在束穿過感興趣的平面(片層)時它的衰減。在已經(jīng)進(jìn)行了足夠的測量時，利用計算機系統(tǒng)在數(shù)學(xué)上解釋數(shù)據(jù)，然后在監(jiān)視器(例如計算機屏幕)上顯示它為片層或整個體積(體積重現(xiàn))以用于診斷或控制。
斷層成像反向投影和體積重現(xiàn)的操作通常通過專業(yè)化的且非常昂貴的CT系統(tǒng)商業(yè)化地實施。要求這種硬件的醫(yī)療過程同樣非常昂貴，因此在某些情況下限制了患者使用這種醫(yī)療過程。因此，在本領(lǐng)域中需要一種改善的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品以便以更加有效且低廉的方式執(zhí)行這種操作。
在本領(lǐng)域中已經(jīng)實施了使用常規(guī)的圖形硬件的斷層成像反向投影。例如，參見Cabral等人的題為“Accelerated Volume Renderingand Tomographic Backprojection Using Texture MappingHardware”(1994，Symposium on Volume Visualization，pp.91-98，ACM SIGGRAPH October 1994)的文章以及美國Letters的專利US 6,002,738。在此提供了對例如Cabral等人描述的普通的反向投影方法的各種不同的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面本發(fā)明提供一種從投影數(shù)據(jù)組中進(jìn)行圖像反向投影的方法。這種方法包括將投影數(shù)據(jù)劃分為多個多通道結(jié)構(gòu)，每個多通道結(jié)構(gòu)對應(yīng)于多色重現(xiàn)引擎的預(yù)定數(shù)量的彩色通道；使用多色重現(xiàn)引擎的彩色通道同時重現(xiàn)經(jīng)劃分的投影數(shù)據(jù)組以獲得每個彩色通道的中間結(jié)果；以及累積每個彩色通道的中間結(jié)果以產(chǎn)生分離的重現(xiàn)的圖像，其中使用多色重現(xiàn)引擎的分離的彩色通道從投影數(shù)據(jù)組中同時重現(xiàn)多重圖像。
在另一方面，提供一種診斷成像方法，該方法包括產(chǎn)生投影數(shù)據(jù)組和從該投影數(shù)據(jù)組中重建圖像。該重建包括將投影數(shù)據(jù)劃分為多個多通道結(jié)構(gòu)，每個多通道結(jié)構(gòu)對應(yīng)于多色重現(xiàn)引擎的預(yù)定數(shù)量的彩色通道；使用多色重現(xiàn)引擎的彩色通道同時重現(xiàn)經(jīng)劃分的投影數(shù)據(jù)組以獲得每個彩色通道的中間結(jié)果；以及累積每個彩色通道的中間結(jié)果以產(chǎn)生分離的重現(xiàn)的圖像，其中使用多色重現(xiàn)引擎的分離的彩色通道同時重現(xiàn)投影數(shù)據(jù)組的多重圖像。
在再一方面中，提供一種從螺旋束投影數(shù)據(jù)中進(jìn)行圖像反向投影的方法。除非特別指定外，在此所使用的螺旋束投影數(shù)據(jù)是指螺旋扇形和/或螺旋錐形束投影數(shù)據(jù)。該方法包括將投影數(shù)據(jù)載入多重結(jié)構(gòu)中，對于至少一個結(jié)構(gòu)，使用多重結(jié)構(gòu)中至少某些結(jié)構(gòu)確定在螺旋角之間的結(jié)構(gòu)距離變化；使用圖形重現(xiàn)引擎重現(xiàn)多重結(jié)構(gòu)，該重現(xiàn)包括對于常數(shù)結(jié)構(gòu)距離使用在螺旋角之間的確定的結(jié)構(gòu)距離變化調(diào)節(jié)與至少一個投影角相關(guān)的重現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的模型空間；以及累積重現(xiàn)的圖像以從螺旋束投影數(shù)據(jù)中產(chǎn)生重建的圖像。
在進(jìn)一方面中，提供一種診斷成像方法，該方法包括產(chǎn)生螺旋束投影數(shù)據(jù)和從該螺旋束投影數(shù)據(jù)中重建圖像。該重建包括將投影數(shù)據(jù)載入多重結(jié)構(gòu)中，對于至少一個結(jié)構(gòu)，使用多重結(jié)構(gòu)中至少某些結(jié)構(gòu)確定在螺旋角之間的結(jié)構(gòu)距離；使用圖形重現(xiàn)引擎重現(xiàn)多重結(jié)構(gòu)，該重現(xiàn)包括對于常數(shù)結(jié)構(gòu)距離使用在螺旋角之間的確定的結(jié)構(gòu)距離變化調(diào)節(jié)與至少一個投影角相關(guān)的重現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的模型空間；以及累積重現(xiàn)的圖像以從螺旋束投影數(shù)據(jù)中產(chǎn)生重建的圖像。
還描述了并請求保護與上文概述的方法相對應(yīng)的系統(tǒng)和計算機程序產(chǎn)品。此外，在此還要更詳細(xì)地描述本發(fā)明的其它實施例和方面，并且要求保護。
附圖概述本發(fā)明可以采用各種部件和部件結(jié)構(gòu)以及各種步驟和步驟結(jié)構(gòu)形式。在此所提供的附圖是用于說明某些實施例的目的，不應(yīng)該構(gòu)成對本發(fā)明的限制。關(guān)于本發(fā)明的主題在本說明書的結(jié)尾的權(quán)利要求書中特別指出并明確要求保護。
附

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一方面或多方面利用斷層成像反向投影的CT掃描系統(tǒng)的示意性說明；附圖2A、2B&2C所示為根據(jù)本發(fā)明的一方面用于扇形束投影數(shù)據(jù)模態(tài)的斷層成像反向投影處理的一個實施例的流程圖；附圖3A、3B&3C所示為根據(jù)本發(fā)明的一方面用于錐形束投影數(shù)據(jù)模態(tài)的斷層成像反向投影處理的一個實施例的流程圖；附圖4A所示為根據(jù)附圖2A、2B&2C的斷層成像反向投影處理的一種實施例的不同的投影角的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)；附圖4B所示為根據(jù)附圖3A、3B&3C的斷層成像反向投影處理的一種實施例通過多通道圖形重現(xiàn)引擎的不同的通道劃分給定的投影角的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)以便同時處理；附圖5A、5B&5C所示為根據(jù)本發(fā)明的另一方面用于螺旋錐形束投影數(shù)據(jù)模態(tài)的斷層成像反向投影處理的一個實施例的流程圖；和附圖6A、6B&6C所示為根據(jù)本發(fā)明的另一方面用于螺旋錐形束投影數(shù)據(jù)模態(tài)的斷層成像反向投影處理的一個變型實施例的流程圖。
優(yōu)選實施例詳述正如所指出，計算機斷層成像(CT)使用通過對象的一組x-射線投影以重建對象的密度圖像。如今使用現(xiàn)成的部件實施成本效率合算的斷層圖像的反向投影是可行的。在此描述加速例如用于扇形束、錐形束、螺旋扇形束和螺旋錐形束獲取的CT圖像的反向投影的混合CPU/圖形卡的實施例。具體地說，在此描述的是這樣的混合方法使用可用的多色重現(xiàn)引擎(multi-color rendering engine)的例如紅色、綠色和藍(lán)色通道結(jié)合對原始投影(正弦圖，sinogram)數(shù)據(jù)的CPU要求的預(yù)處理和后累積，進(jìn)行反向投影圖像數(shù)據(jù)處理以增強性能。使用在此所提出的原理，可以使用以普通的現(xiàn)成的圖形硬件構(gòu)造的低成本CPU工作站來重建亞秒反向投影時間的例如扇形和錐形束斷層圖像，而以前僅在高檔專用的系統(tǒng)上才可看到這種圖像。在此所提供的方法例如可以使重建多個片層的時間減小到使用如今可用的高檔斷層成像反向投影方法所要求的時間的三分之一。
為了有利于理解在此所描述并請求保護的本發(fā)明的不同方面，定義了如下術(shù)語結(jié)構(gòu)(texture)——結(jié)構(gòu)是存儲在與重現(xiàn)引擎相關(guān)的存儲器中并可以通過在多邊形上重現(xiàn)(制圖)可顯示的預(yù)先編譯的圖形圖像。
反向投影——反向投影是這樣的一種計算技術(shù)取一組投影數(shù)據(jù)圖像、在體積中(在螺旋錐形和錐形束模態(tài)的情況下)或在平面上(在扇形束的情況下)從檢測器到源跟蹤該數(shù)據(jù)(原始CT系統(tǒng)的虛擬幾何結(jié)構(gòu))、存儲以在原始掃描的過程獲取投影圖像的角度從每個單個投影圖像中的每個像素的值和將所有的反向投影的數(shù)據(jù)累積在新的片層上。在獲取它們的角度下的所有的投影數(shù)據(jù)的總的累積形成了CT圖像的反向投影。
片層——通過比如反向投影的技術(shù)重建對象的計算的截面圖像。片層是二維圖像。
投影數(shù)據(jù)——在扇形束中，投影數(shù)據(jù)組是投影的集合，每個投影表示在檢測器上的x-射線的測量。術(shù)語投影不排除該數(shù)據(jù)的任何處理，比如校正、取對數(shù)、濾波等。
正弦圖——設(shè)置在圖像中的一組扇形束投影，每個都是一維的。
重現(xiàn)——這是一種處理過程，通過這種處理過程指導(dǎo)圖形引擎基于存儲相關(guān)的存儲器中的設(shè)置和數(shù)據(jù)繪圖。
重建的圖像——這是反向投影的最終產(chǎn)品，例如可以是指重建的片層或重建的體積。
累積緩沖器——與圖形重現(xiàn)引擎相關(guān)的幀緩沖器或其它的存儲器。
體積CT(VCT)——是一種投影數(shù)據(jù)組，其中每個投影是包括許多這種投影的二維圖像。錐形束投影組和螺旋錐形束投影組都是VCT的實例。
附圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一方面的診斷系統(tǒng)的一個實例。這個系統(tǒng)包括具有固定掃描架12的CT掃描器10，這個掃描架12界定了檢查區(qū)域14。旋轉(zhuǎn)掃描架16安裝在固定掃描架12上繞檢查區(qū)域14旋轉(zhuǎn)。預(yù)定的輻射源20(比如x-射線管)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)掃描架16上以與其一同旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)掃描架16旋轉(zhuǎn)時輻射源產(chǎn)生穿過檢查區(qū)域14的輻射束22。準(zhǔn)直和遮擋組件24例如將輻射束22形成為薄扇形并可選擇地選通和阻擋束22。可替換的是，在源20上電子地選通和阻擋輻射束22。對象支架30(比如床等)懸承或其它方式支撐著正檢查或成像的對象使其至少部分在檢查區(qū)域14內(nèi)以便輻射束22切割對象的感興趣的區(qū)域的截面片層。
可任選擇地，對象連續(xù)地重新定位以便以連續(xù)索引的方式獲取相鄰的截面片層以形成片層的三維體積?？商鎿Q的是，在連續(xù)的螺旋CT的情況下，同時在旋轉(zhuǎn)掃描架16旋轉(zhuǎn)時，支架30及在其上的對象沿檢查區(qū)域14的中心水平軸線平移。這樣，源20相對對象以螺旋路徑行進(jìn)。在另一實施例中，支架30保持固定，而掃描架12相對于對象平移或者移動以使源20沿相對于它的螺旋路徑行進(jìn)。
輻射檢測器環(huán)40安裝在掃描架12上的檢查區(qū)域14的周邊上?？商鎿Q的是，輻射檢測器弧段40也可以安裝在與源20相對的檢查區(qū)域14的一側(cè)上以使它們跨越由扇形輻射束22所界定的弧段。設(shè)置輻射檢測器40以接收從源20發(fā)射的并在它已經(jīng)穿越了檢查區(qū)域14之后的輻射。
在源的扇形幾何結(jié)構(gòu)中，在源20在檢查區(qū)域14之后旋轉(zhuǎn)時以較短的時間間隔同時采樣跨越從源20中發(fā)射的輻射的檢測器弧段以產(chǎn)生源的扇形視圖。在檢測器的扇形幾何結(jié)構(gòu)中，在源20在檢查區(qū)域14之后旋轉(zhuǎn)時多次采樣每個檢測器以產(chǎn)生檢測器扇形視圖。在源20和每個輻射檢測器40之間的路徑表示為射線。
輻射檢測器40將檢測的輻射轉(zhuǎn)換為電子投影數(shù)據(jù)。即，每個輻射檢測器40產(chǎn)生與所接收的輻射的強度成比例的輸出信號。在通過基準(zhǔn)檢測器和每個輻射檢測器40所接收的輻射的幅值之間的差值提供沿采樣的輻射扇形的相應(yīng)的射線上輻射衰減量的指示。在每一情況下，每個輻射檢測器40都產(chǎn)生對應(yīng)于沿在視圖內(nèi)的每條射線的投影的數(shù)據(jù)元。在數(shù)據(jù)線內(nèi)的每個數(shù)據(jù)元與沿穿過正在重建的受檢者(或?qū)ο?的它相應(yīng)的射線進(jìn)行的線積分相關(guān)。
通過檢測器視圖的幾何結(jié)構(gòu)，每個視圖或數(shù)據(jù)線代表來自檢測器在檢查區(qū)域14之后在源20旋轉(zhuǎn)時在較短的時間周期上獲取的在一個輻射檢測器40上具有它的頂點的扇形射線。通過源視圖的幾何結(jié)構(gòu)，每個視圖或數(shù)據(jù)線代表通過跨越輻射扇形的所有的輻射檢測器40的同時采樣所收集的在源20上具有頂點的扇形射線。
掃描架獲取存儲板50從輻射檢測器40接收采樣的數(shù)據(jù)。掃描架獲取存儲板50可選擇地變換數(shù)據(jù)以將它從檢測器扇形幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為源扇形幾何結(jié)構(gòu)或反之，并在將數(shù)據(jù)傳遞給圖像反向投影子系統(tǒng)100之前執(zhí)行脈動濾波操作。
可選擇地，對于除了獲取平行投影數(shù)據(jù)之外的那些應(yīng)用，圖像反向投影子系統(tǒng)100包括再分組(rebinning)處理器110。由輻射檢測器40產(chǎn)生的并通過掃描架獲取存儲板50采樣的電子數(shù)據(jù)輸送給再分組處理器110。再分組處理器110將來自它的扇形束的每個數(shù)據(jù)線或其它的發(fā)散格式轉(zhuǎn)換為平行束格式。在一種實施例中和在所需的速度和精度下，可選擇地，這個過程可分解為三個再分組操作或步驟角視圖濾波步驟、將數(shù)據(jù)分揀為不均勻間隔開的平行射線的插值步驟和校正射線的不均勻間隔的最后插值步驟。如下文進(jìn)一步解釋，再分組處理器110的使用是可選擇的。例如，線90可以用于將原始圖像數(shù)據(jù)從掃描架獲取存儲板50輸送給預(yù)處理級140。這樣，可不需要再分組處理器110以及不需要下文討論的任何卷積器和預(yù)插值器。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會理解到，在投影數(shù)據(jù)的重現(xiàn)的過程中通過投影角矩陣的構(gòu)建和應(yīng)用，下文描述的處理流程(參考附圖2A-6C)可以適應(yīng)不同類型的原始圖像數(shù)據(jù)(即，扇形束、錐形束、螺旋錐形束等)。
再分組處理器110首先將數(shù)據(jù)線接收到第一滾動式緩沖器112中。角視圖濾波器114取回來自第一滾動式緩沖器112的數(shù)據(jù)線，對它們進(jìn)行濾波并將它們寫入在第二滾動式緩沖器116中的預(yù)定位置。角視圖濾波器應(yīng)用在多個相鄰的數(shù)據(jù)線(例如3至5個)上以產(chǎn)生它的加權(quán)平均。加權(quán)平均的特征在于中心對稱的非線性函數(shù)。此外，在這個階段相關(guān)視圖的減少有利于減少處理時間。接著，插值器118檢索存儲在第二滾動式緩沖器116中的數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行重新排序以使來自不同的數(shù)據(jù)線的平行射線分組在一起?？蛇x擇地，通過跳躍數(shù)據(jù)線(例如每隔一個數(shù)據(jù)線)可以減小數(shù)據(jù)線的數(shù)量以便縮短數(shù)據(jù)處理時間。此外，在這一點上，可選擇地，可進(jìn)行所有輻射檢測器40都共同的任何校正。接著，采取附加的插值步驟以使在平行的數(shù)據(jù)線的每個組內(nèi)的間隔均等。可替換的是，可以利用任何適當(dāng)?shù)脑俜纸M處理器。
在已經(jīng)獲得了平行投影數(shù)據(jù)之后，將它輸送給卷積器120，卷積器120處理視圖數(shù)據(jù)并將它載入到預(yù)插值器130中。卷積器120執(zhí)行數(shù)學(xué)處理，即將每個視圖與適當(dāng)?shù)臑V波器或視圖格式即平行的卷積函數(shù)進(jìn)行卷積。注意，在一種掃描器實施例中，在源20運動時，每個輻射檢測器40同時產(chǎn)生強度數(shù)據(jù)。為了適應(yīng)這種快速的信息流。卷積器120可以包括多個卷積器以同時對幾個數(shù)據(jù)線進(jìn)行卷積。
從卷積器120接收經(jīng)卷積的平行投影數(shù)據(jù)的預(yù)插值器130對每個數(shù)據(jù)線的所選擇的部分執(zhí)行線性或更高級的插值。預(yù)插值器130執(zhí)行比在反向投影步驟中所使用的插值更高級的插值以便維持在反向投影中的插值精度。只是對限定變焦(zoom)反向投影場(即要聚焦的反向投影的感興趣的特定的區(qū)域)的投影數(shù)據(jù)的部分進(jìn)行插值并傳遞給反向投影步驟。變焦通過選擇投影數(shù)據(jù)的適當(dāng)?shù)牟糠诌M(jìn)行預(yù)插值來實現(xiàn)。不需要改變反向投影參數(shù)，因為正在對恒定大小的平行束投影進(jìn)行預(yù)插值。
然后預(yù)插值器將它的輸出傳輸給預(yù)處理器140，在預(yù)處理器140中將所得到的投影數(shù)據(jù)組劃分為對應(yīng)于由多色重現(xiàn)引擎150所界定的處理通道的多個多通道結(jié)構(gòu)。在這種情況下，利用三色通道，即紅色、綠色和藍(lán)色。為解釋的目的，多色重現(xiàn)引擎150可以是24位三色圖形卡，每種彩色通道使用8個位。然而，對于不同的應(yīng)用和/或所需的精度等級也可以使用其它的多色重現(xiàn)引擎。多色重現(xiàn)引擎同時地且分別地重現(xiàn)多通道結(jié)構(gòu)的投影數(shù)據(jù)以獲得每個彩色通道的中間結(jié)果。然后將這個數(shù)據(jù)傳遞給預(yù)后處理器180相關(guān)的累積緩沖器160?？煽刂频刈x出來自累積緩沖器160的數(shù)據(jù)以用于圖像的反向投影170?？商鎿Q的是，在累積緩沖器160累積之前反向投影處理170可直接對從重現(xiàn)引擎150中輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作以使可以直接地重新組合多色通道重現(xiàn)，如下文進(jìn)一步描述。在每種情況下，比例縮放所得到的圖像并偏置以輸出給輸出裝置190，比如顯示裝置。典型的顯示可以包括二次投影、所選擇的片層或平面、表面重現(xiàn)等。其它的輸出裝置可以包括網(wǎng)絡(luò)、存儲裝置(例如，以文件的格式寫入到磁盤)、圖形檔案系統(tǒng)(PACS)或能夠存儲或顯示輸出以便當(dāng)前或?qū)硎褂玫娜魏窝b置。
如在此所描述，通過使用用于執(zhí)行對象的多色重現(xiàn)一般的圖形硬件實現(xiàn)反向投影。通過劃分在重現(xiàn)引擎的多色通道之間的投影數(shù)據(jù)組，可以執(zhí)行增強的反向投影處理。在此給定的實例不應(yīng)該解釋為將所請求保護的發(fā)明限制到在反向投影處理中使用的特定的硬件結(jié)構(gòu)、束幾何結(jié)構(gòu)或其它的步驟中。示出它們是希望說明允許使用如在此所請求保護的反向投影的多色重現(xiàn)引擎的步驟。此外，雖然在此參考常規(guī)的圖形卡的多色通道進(jìn)行描述，但是在此所提出的原理也可以應(yīng)用于實施具有多通道的重現(xiàn)引擎的任何硬件和軟件，該多通道能夠同時處理由在此所描述的預(yù)處理邏輯所安排的投影數(shù)據(jù)。重現(xiàn)引擎的精度、投影數(shù)據(jù)和輸出圖像數(shù)據(jù)的各種組合都是可能的。此外，如果需要的話，可任選擇地，預(yù)插值器130以及再分組處理器110和卷積器120都可省略，而將原始圖像數(shù)據(jù)直接輸送給預(yù)處理系統(tǒng)140。這是可能的，因為在下文討論的投影角度矩陣處理的過程中可以處理束幾何結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換和控制。在下文提出的圖像處理原理也可適用于其它的診斷成像設(shè)備。在變型實施例中，橫向和旋轉(zhuǎn)型CT掃描器可以提供平行的投影數(shù)據(jù)。在另一實施例中，原子核或伽瑪照相機可以提供平行或發(fā)散格式的投影數(shù)據(jù)。可任選擇地，產(chǎn)生投影數(shù)據(jù)的任何適當(dāng)?shù)脑\斷成像設(shè)備都可以利用在此所描述的技術(shù)。
扇形束反向投影是這樣的過程其中x-射線源產(chǎn)生穿過對象到達(dá)檢測器陣列的扇形束。如上文所描述，源和檢測器繞對象旋轉(zhuǎn)以獲取足夠數(shù)量的投影。附圖2A、2B&2C描述了根據(jù)本發(fā)明的一方面的過程的一種實施例的流程圖，其中投影數(shù)據(jù)作為多通道結(jié)構(gòu)存儲，然后適用多色重現(xiàn)引擎重現(xiàn)。根據(jù)這個過程，首先通過基于投影角劃分原始投影數(shù)據(jù)實現(xiàn)扇形束片層的快速反向投影。假設(shè)使用三通道重現(xiàn)引擎，將第一個三分之一(third)結(jié)構(gòu)放置在第一通道，將第二個三分之一結(jié)構(gòu)放置在第二通道和將最后的三分之一結(jié)構(gòu)放置在第三通道。在一個實例中，這些三通道可以包括圖形引擎(比如常規(guī)的圖形卡)的紅色、綠色和藍(lán)色通道。由于每個結(jié)構(gòu)代表在逐漸增加的角度上獲取的投影，因此第一個三分之一結(jié)構(gòu)可能繞受檢者(或?qū)ο?跨越0°至120°旋轉(zhuǎn)，第二個三分之一結(jié)構(gòu)可能跨越從121°至240°的投影，以及最后的三分之一結(jié)構(gòu)可能表示從241°至360°的投影。然后同時重現(xiàn)彩色通道，由此以通常所要求的時間的三分之一產(chǎn)生了圖像。這是通過對于從0°至120°同時重現(xiàn)載入到多色重現(xiàn)引擎中的所有的片層的三個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。為了恢復(fù)最終圖像，每個通道產(chǎn)生的不同的結(jié)果分別從累積器中讀出，并反向旋轉(zhuǎn)到它們的開始角(即，適用的地方)，然后重新組合。
注意，在此三通道重現(xiàn)引擎和360°的投影數(shù)據(jù)僅作為實例提出。所描述的原理也可適用于多色重現(xiàn)引擎以及任何度數(shù)的圖像投影。一般地，通過獲取投影角度的總數(shù)并將該總數(shù)除以可用的通道的總數(shù)可以劃分在通道之間的數(shù)據(jù)。例如，在取180°的投影數(shù)據(jù)并利用三通道重現(xiàn)引擎的系統(tǒng)中，可以將數(shù)據(jù)劃分為三分之一以使每個通道包含60°的增量的數(shù)據(jù)。例如，第一通道包含從0°至60°的增量，第二通道包含從61°至120°的增量和第三通道包含從121°至180°的增量。一旦如此劃分了數(shù)據(jù)，然后重現(xiàn)從0°至60°的數(shù)據(jù)，并將后-變換結(jié)果以考慮最初的60°至120°偏移以將數(shù)據(jù)結(jié)果返回到它們適當(dāng)?shù)膸缀巫鴺?biāo)系中。作為另一實例，在產(chǎn)生180°的投影數(shù)據(jù)并利用6-通道重現(xiàn)引擎的系統(tǒng)中，可以將數(shù)據(jù)劃分為六分之一以使每個通道包含30°的數(shù)據(jù)。使所得到的結(jié)構(gòu)從0°至30°重現(xiàn)，結(jié)果后平移的5個調(diào)整的通道以到達(dá)它們適當(dāng)?shù)奈恢靡赃M(jìn)行最終圖像的反向投影。
參考附圖2A，讀取202原始圖像數(shù)據(jù)(或正弦圖)200并將斜坡濾波器(ramp filter)204應(yīng)用于投影數(shù)據(jù)。斜坡濾波是常規(guī)的處理，在本領(lǐng)域中也稱為反拉頓變換。這種技術(shù)是十分公知的，本發(fā)明并不在于這種濾波步驟。在本實例中，然后將當(dāng)前的投影劃分為三分之一306，并組裝三個通道結(jié)構(gòu)308。通過將當(dāng)前的角度投影數(shù)據(jù)例如載入紅色通道、將當(dāng)前的角度投影數(shù)據(jù)加上120°偏移載入綠色通道212并將當(dāng)前的角度投影數(shù)據(jù)加上240°偏移載入藍(lán)色通道214可以產(chǎn)生這種結(jié)構(gòu)。
然后將所得到的三個通道結(jié)構(gòu)載入到多色重現(xiàn)引擎216并對總投影角度總數(shù)的三分之一(例如0°-120°)重復(fù)構(gòu)建過程。需要重申的是，假設(shè)存在360°的投影數(shù)據(jù)，則附圖2A的處理將正弦圖劃分為120°的分段。附圖4A所示為這個原理的表示，其中假設(shè)不同的三角形代表120°的投影數(shù)據(jù)。如該附圖的左側(cè)所示，同時重現(xiàn)0°-120°的所有的結(jié)構(gòu)，然后在右側(cè)中，在累積之前在后處理(如下文所描述)的過程中將它們旋轉(zhuǎn)到它們的正確的角度。通過以這種方式操作數(shù)據(jù)，每片層所需的重現(xiàn)總數(shù)有利地減小了三分之二(即，在這個三個通道的實例中)。
如附圖2B所示，將所得的投影角度矩陣載入到多色重現(xiàn)引擎220中并調(diào)用222于與當(dāng)前的投影角相關(guān)的多通道結(jié)構(gòu)。重現(xiàn)這個結(jié)構(gòu)224并將結(jié)果累積在累積緩沖器中(例如，與圖形引擎相關(guān)的幀緩沖器)226。在三通道實例中，重現(xiàn)引擎僅對片層的三分之一投影角度重復(fù)這個過程，由此使所有的彩色通道反向投影一次。
累積之后，并將所得的圖像從累積緩沖器中讀取到230例如RGB陣列中232。然后對這個陣列進(jìn)行后處理以調(diào)整在綠色和藍(lán)色通道中的偏移投影。在提供的實例中，讀取綠色通道并旋轉(zhuǎn)總投影角度的三分之一234，讀取藍(lán)色通道并旋轉(zhuǎn)總投影角度的三分之二236。然后將后旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)與從紅色通道中得到的結(jié)果相加回以產(chǎn)生所得的圖像238，并將該圖像寫入到輸出裝置中240。此外，通過多色重現(xiàn)引擎減小每片層所要求的重現(xiàn)的總數(shù)，附圖2A-2C的處理的總的結(jié)果會改善性能。這個原理也可延伸到其它的束模態(tài)。
錐形束反向投影描述了x-射線源產(chǎn)生穿過受檢者(或?qū)ο?到達(dá)檢測器陣列的錐形束的過程。此外，源和檢測器繞對象旋轉(zhuǎn)以獲取一次完整旋轉(zhuǎn)的投影數(shù)據(jù)。如下文參考附圖3A-3C詳細(xì)描述，通過將每個投影的原始數(shù)據(jù)劃分為例如分別輸入到多色重現(xiàn)引擎中的多個部分，可以同時構(gòu)造錐形束數(shù)據(jù)的幾個片層。不是將所有的投影劃分為多通道，如扇形束法一樣，錐形束法將每個體積投影劃分為多通道。例如，可以將體積投影的第一個三分之一放置在RGB重現(xiàn)引擎的紅色通道中，第二個三分之一放置在綠色通道中，以及最后的三分之一放置在藍(lán)色通道中。然后通過所有360°的投影同時重現(xiàn)所有的通道。在所有的通道上重現(xiàn)一個片層時，實際上產(chǎn)生三個片層(在本實例中)。對于給定數(shù)量的片層不進(jìn)行一個片層多個的重現(xiàn)，而是同時重現(xiàn)三片層，因此僅需要片層重現(xiàn)的總數(shù)的三分之一來重建體積。如下恢復(fù)最終圖像從累積器中讀出彩色通道并使用相關(guān)的片層參考數(shù)目來重新組合彩色通道輸出。在附圖3A-3C中提供了這個過程的詳細(xì)的實例。(注意，如果多色重現(xiàn)引擎包含了不止三個通道，則通過將數(shù)據(jù)打包成等于在重現(xiàn)引擎上可用的通道數(shù)量的更小的片段可以重建更多的片層。例如，對于六個通道重現(xiàn)引擎，可以以常規(guī)地完成該片層所需的重現(xiàn)總數(shù)的六分之一重建該體積。)參考附圖3A，讀入原始圖像數(shù)據(jù)以抽取投影數(shù)據(jù)302。斜坡濾波器304應(yīng)用于投影數(shù)據(jù)，并將當(dāng)前的投影數(shù)據(jù)的像素劃分為三分之一306。此外，與在結(jié)合附圖2A-2C所討論的扇形束模態(tài)不同的是，通過將像素數(shù)據(jù)劃分為例如三個三分之一這個錐形束過程將每個單個投影劃分為三段以形成三-通道結(jié)構(gòu)308。每個投影數(shù)據(jù)的第一個三分之一例如放入RGB圖形引擎的紅色通道310，第二個三分之一指定給綠色通道312，以及將其余的三分之一指定給藍(lán)色通道314。對于所有的投影重復(fù)三個過程，并將所得的通道結(jié)構(gòu)載入圖形重現(xiàn)引擎中316，由此產(chǎn)生了三通道投影角度矩陣。
附圖4B所示為對其進(jìn)行劃分以便放入多色重現(xiàn)引擎的紅色、綠色和藍(lán)色通道中的投影數(shù)據(jù)的實例。錐形束模態(tài)具有包含曾經(jīng)重建的多個片層的二維投影圖像。除了分別重現(xiàn)每個片層之外，將投影數(shù)據(jù)的像素劃分為三分之一以減小所需的重現(xiàn)總數(shù)的三分之二。
通過載入投影角度矩陣320并調(diào)用與當(dāng)前投影角度相關(guān)的結(jié)構(gòu)重現(xiàn)引擎處理開始322。然后重現(xiàn)三個通道結(jié)構(gòu)324，并分別將所得的圖像累積在累積緩沖器中326。對在投影角度矩陣中減小了片層數(shù)量的所有投影角度重復(fù)這個過程。因此，通過所有360°的投影同時重現(xiàn)所有的通道。在該通道上重現(xiàn)一個片層時，實際上產(chǎn)生三個片層。
為實現(xiàn)最終圖像利用后處理，在附圖3C中描述利用后處理的一種實施例。如圖所示，讀出累積緩沖器數(shù)據(jù)330，并將RGB數(shù)據(jù)與緩沖器分離332。這包含從紅色通道中讀取數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)寫入到輸出裝置中334、從綠色通道中讀取數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)寫入到輸出裝置中336和從藍(lán)色通道中讀取數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)寫入到輸出裝置中338。在數(shù)據(jù)讀取的過程中應(yīng)用片層基準(zhǔn)數(shù)來重新組合彩色通道的輸出。
基于上文描述的錐形束處理可以實施增強扇形束數(shù)據(jù)的反向投影的可替換的技術(shù)。例如，在三個彩色通道中可以檢索并分布幾個數(shù)據(jù)片層?？梢詫⑼队暗牡谝粋€三分之一放入紅色通道中，將第二個三分之一放入綠色通道中，以及將最后的三分之一放入藍(lán)色通道中。此外，同時通過所有的360°投影重現(xiàn)所有的通道。除了利用扇形束數(shù)據(jù)之外，這種技術(shù)類似于上文描述的錐形束模態(tài)處理。如下文進(jìn)一步解釋，扇形束或錐形束螺旋反向投影也是可以的。在螺旋反向投影中，不是源和檢測器繞在單一平面的對象旋轉(zhuǎn)，而是源和檢測器以螺旋的方式繞對象旋轉(zhuǎn)。更具體地說，源和檢測器繞對象旋轉(zhuǎn)同時也橫向移過對象。
螺旋反向投影使對象的體積掃描太長以致不能通過圓形路徑法掃描。通過將沿對象的平移運動加入到獲取裝置的圓形運動中，產(chǎn)生了螺旋路徑。螺旋錐形束模態(tài)是圓形錐形束模態(tài)加上螺距所量度的平移運動的延伸，該螺距定義為在掃描器的兩個連續(xù)旋轉(zhuǎn)之間行進(jìn)的平移距離。附圖5A-5C描述了使用結(jié)構(gòu)映射和螺旋錐形束模態(tài)的重現(xiàn)引擎的斷層成像反向投影的過程的一種實施例的流程圖。這個過程的一方面是將成像平面照相機維持在距離獲取裝置的常數(shù)距離。這通過以與獲取裝置相同的速率平移和旋轉(zhuǎn)照相機實現(xiàn)。在圓形錐形束反向投影中，獲取裝置以平面圓形路徑運動，成像平面照相機保持與投影常數(shù)的距離。在實施螺旋錐形束模態(tài)時，將源的螺旋路徑分解為兩個分離的路徑圓形路徑和與圓形路徑正交的平移路徑。以投影空間移動成像平面照相機允許將螺旋錐形束反向投影問題簡化成基本錐形束反向投影問題，在錐形束反向投影問題中成像平面照相機仍然保持與投影常數(shù)距離。
首先參考附圖5A，讀取原始圖像數(shù)據(jù)500以抽取投影數(shù)據(jù)502。讀取螺距角(它是(例如)患者穿過掃描器的角度)以及多個投影，由于受檢者相對于掃描器504的平移的緣故這個角度可能大于360°(在一個實例中)。應(yīng)用506斜坡濾波并將投影數(shù)據(jù)載入到結(jié)構(gòu)508。然后計算在螺距角之間的片層距離的變化510。作為一種實例，這個螺距角之間片層的距離的變化可能等于一個常數(shù)乘以所讀取的螺距角除以投影的總數(shù)。這個常數(shù)是將投影空間映射到模型空間中的數(shù)量，取決于圖形環(huán)境的幾何設(shè)置，并且在本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員容易通過經(jīng)驗獲得。在螺距角之間的片層距離的變化表示模型空間在投影之間運動的多大的距離。這個距離變化用于平移模型空間平面以維持投影空間的距離恒定。
如附圖5B所示，對于每個片層的每個投影角度，重現(xiàn)引擎應(yīng)用所得的投影角度矩陣520來調(diào)用與當(dāng)前的投影角度相關(guān)的結(jié)構(gòu)522。然后，對于先前所計算的常數(shù)片層距離，調(diào)整模型空間524。重現(xiàn)該結(jié)構(gòu)526并累積在累積緩沖器中528。對在投影角矩陣中的每個投影角重復(fù)這個過程。
如附圖5C所示，后處理讀出累積緩沖器數(shù)據(jù)530并將所得的數(shù)據(jù)寫入到輸出裝置532。
以與上文結(jié)合附圖3A-3C的錐形束模態(tài)描述的方式類似的方式，通過分別使用多色重現(xiàn)引擎的通道，可以進(jìn)一步使螺旋錐形束投影數(shù)據(jù)的斷層成像反向投影優(yōu)化。在附圖6A-6C中提供了這個過程的一種實例的流程圖。
首先參考附圖6A，以類似于上文結(jié)合附圖5A描述的方式類似的方式，利用原始圖像數(shù)據(jù)600以計算在螺距角之間的像素距離602。從螺旋錐形獲取中讀取投影數(shù)據(jù)604并獲得螺距角信息和投影的數(shù)量606?？蛇x擇地將常規(guī)的斜坡濾波器應(yīng)用608到投影數(shù)據(jù)，隨后進(jìn)行多通道結(jié)構(gòu)610的構(gòu)建。多通道結(jié)構(gòu)610應(yīng)用移位以確保在不同的角度上獲得映射到正確的結(jié)構(gòu)像素上的相同的投影圖像像素值。使用在螺旋角之間的像素距離移位，移位投影圖像像素并放入正確的結(jié)構(gòu)像素位置。在角度之間的像素距離移位是非整數(shù)的情況下，使用簡單的線性插值。例如，如果移位是0.75并且結(jié)構(gòu)的像素值是在200的投影像素和100的像素之間，則對結(jié)構(gòu)像素使用175的插值。構(gòu)建三通道結(jié)構(gòu)610包括將第一個三分之一數(shù)據(jù)載入到紅色通道中并移動適合的像素距離612，將第二個三分之一數(shù)據(jù)載入到綠色通道中并移位適合的像素距離614，和將其余的三分之一數(shù)據(jù)載入到藍(lán)色通道中并移動適合的像素距離616。然后計算在螺旋角之間的幾何距離移位618。在角度之間的這個幾何距離移位包括常數(shù)乘以螺旋角除以投影的總數(shù)。該常數(shù)是將投影空間映射到模型空間的值，并且它取決于圖形環(huán)境幾何設(shè)置，且在本領(lǐng)域中從實施者對實際的系統(tǒng)的虛擬幾何表示中容易獲得它。
重現(xiàn)引擎接著通過如下方式重現(xiàn)投影數(shù)據(jù)首先載入投影角度矩陣620，并且對于所有的片層和投影角度，調(diào)用與當(dāng)前投影角度相關(guān)的結(jié)構(gòu)622。由此將模型空間平移了通過先前確定的幾何距離移位624。這種平移是指在與投影相同的方向上移動模型。以投影角度矩陣產(chǎn)生螺旋掃描器的旋轉(zhuǎn)的相同方式，由幾何距離移位的平移引起螺旋掃描器在掃描的對象上的運動。掃描器的螺旋運動再次分解為它的兩個旋轉(zhuǎn)和平移分量。重現(xiàn)結(jié)構(gòu)626并將所得的圖像累積在累積緩沖器中628。對下一投影角度的下一多通道結(jié)構(gòu)重復(fù)該過程。
重現(xiàn)之后，從累積緩沖器中讀出累積的圖像數(shù)據(jù)630，并使用相關(guān)的片層參考數(shù)，寫入到輸出裝置例如存儲裝置和顯示器中632。
本發(fā)明可以包括在具有例如計算機可用媒體的制造物品(例如，一個或多個計算機程序產(chǎn)品)中。該媒體在其中例如已經(jīng)包含了計算機可讀程序代碼裝置以提供且有利于本發(fā)明的能力。該制造物品可作為計算機系統(tǒng)的一部分包括或單獨出售。
此外，還提供通過機器可讀的至少一個程序存儲裝置，它確實地實施通過該機器可執(zhí)行的指令的至少一個程序以實施本發(fā)明的能力。
在此所描述的流程圖僅是舉例。在不脫離本發(fā)明的精神的前提下可以對在此所描述的這些附圖或步驟(或操作)做出多種改變。例如，可以以不同的順序執(zhí)行步驟，或者增加、刪除或修改這些步驟。所有這些變型都被認(rèn)為是所請求保護的發(fā)明的一部分。
雖然在此已經(jīng)詳細(xì)地描述了優(yōu)選的實施例，但是對于相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說在不脫離本發(fā)明的精神范圍的前提下構(gòu)造出不同的修改、增加、替換等是顯然的，因此認(rèn)為這些不同的修改、增加、替換等落在后下面的權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種從投影數(shù)據(jù)組中進(jìn)行圖像反向投影的方法，包括將投影數(shù)據(jù)劃分為多個多通道結(jié)構(gòu)(206，208，306，308，610)，每個多通道結(jié)構(gòu)對應(yīng)于多色重現(xiàn)引擎的預(yù)定數(shù)量的彩色通道；使用多色重現(xiàn)引擎的彩色通道同時重現(xiàn)經(jīng)劃分的投影數(shù)據(jù)組以獲得每個彩色通道的中間結(jié)果(224，324，626)；以及累積每個彩色通道的中間結(jié)果以產(chǎn)生分離的重現(xiàn)的圖像(226，326，628)，其中使用多色重現(xiàn)引擎的分離的彩色通道從投影數(shù)據(jù)組中同時重現(xiàn)多重圖像。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中投影數(shù)據(jù)組包括平行束數(shù)據(jù)、扇形束數(shù)據(jù)、錐形束數(shù)據(jù)、螺旋扇形束數(shù)據(jù)和螺旋錐形束數(shù)據(jù)中的至少一種數(shù)據(jù)。
3.權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括組合分離的重現(xiàn)的圖像以產(chǎn)生重建的圖像(230，328，330，334，336，338，630)。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其中重建的圖像包括重建的片層或重建的體積。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述劃分包括利用與投影數(shù)據(jù)組相關(guān)的投影角將投影數(shù)據(jù)組劃分為多個多通道結(jié)構(gòu)(206，208)。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中投影數(shù)據(jù)組包括扇形束數(shù)據(jù)(200)，以及其中所說的劃分進(jìn)一步包括使用與該扇形束數(shù)據(jù)相關(guān)的投影角旋轉(zhuǎn)至少某些扇形束數(shù)據(jù)以產(chǎn)生至少一個多通道結(jié)構(gòu)以載入到多色重現(xiàn)引擎的預(yù)定數(shù)量的彩色通道中(208)，以及其中所說的方法進(jìn)一步包括反向旋轉(zhuǎn)至少一個分離的重現(xiàn)的圖像以補償在形成至少一個多通道結(jié)構(gòu)時至少某些扇形束數(shù)據(jù)的初始旋轉(zhuǎn)(234，236)，此后將分離的重現(xiàn)的圖像組合以產(chǎn)生重建的圖像(238，240)。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中預(yù)定數(shù)量的彩色通道包括三個彩色通道，以及該方法進(jìn)一步包括將至少一個多通道結(jié)構(gòu)載入到三個彩色通道中，該載入包括將它的至少某些投影角度數(shù)據(jù)載入到三個彩色通道的第一通道中(210)并旋轉(zhuǎn)120°、將它的至少某些投影角度數(shù)據(jù)載入到三個彩色通道的第二通道中(212)并旋轉(zhuǎn)240°和將它的至少某些投影角度數(shù)據(jù)載入到三個彩色通道的第三通道中(214)。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中投影數(shù)據(jù)組包括錐形束數(shù)據(jù)(300)，以及其中所述劃分包括將錐形束數(shù)據(jù)劃分為所說的多個多通道結(jié)構(gòu)(308，310，312，314)，以及其中在所說的重現(xiàn)重現(xiàn)片層時所說的中間結(jié)果的累積形成多重同時重現(xiàn)的片層(326)。
9.權(quán)利要求1所述的方法，其中投影數(shù)據(jù)組包括螺旋束數(shù)據(jù)(600)，以及其中劃分進(jìn)一步包括對于至少一個多通道結(jié)構(gòu)，使用多個多通道結(jié)構(gòu)中至少某些多通道結(jié)構(gòu)確定在螺距角之間的幾何距離變化(618)，以及所說的同時重現(xiàn)包括對于常數(shù)結(jié)構(gòu)移位使用在螺距角之間的幾何距離變化調(diào)節(jié)與至少一個當(dāng)前的投影角度相關(guān)的重現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的模型空間(624)，以及其中累積進(jìn)一步包括累積分離的重現(xiàn)的圖像以形成螺旋束重建的圖像(628)。
10.權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括使用通用計算機圖形和成像計算機(150)以執(zhí)行劃分的投影數(shù)據(jù)組的所說的同時重現(xiàn)，所說的通用計算機圖形和成像計算機具有所說的預(yù)定數(shù)量的彩色通道。
11.一種診斷成像方法，包括產(chǎn)生投影數(shù)據(jù)組(200，300，600)；和從該投影數(shù)據(jù)組中重建圖像，所說的重建包括將投影數(shù)據(jù)劃分為多個多通道結(jié)構(gòu)(206，208，306，308，610)，每個多通道結(jié)構(gòu)對應(yīng)于多色重現(xiàn)引擎的預(yù)定數(shù)量的彩色通道；使用多色重現(xiàn)引擎的彩色通道同時重現(xiàn)經(jīng)劃分的投影數(shù)據(jù)組以獲得每個彩色通道的中間結(jié)果(224，324，626)；以及累積每個彩色通道的中間結(jié)果以產(chǎn)生分離的重現(xiàn)的圖像(226，326，628)，其中使用多色重現(xiàn)引擎的分離的彩色通道從投影數(shù)據(jù)組中同時重現(xiàn)多重圖像。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其中投影數(shù)據(jù)組包括扇形束數(shù)據(jù)(200)，以及其中所說的劃分進(jìn)一步包括使用與該扇形束數(shù)據(jù)相關(guān)的投影角旋轉(zhuǎn)至少某些扇形束數(shù)據(jù)以產(chǎn)生至少一個多通道結(jié)構(gòu)以載入到多色重現(xiàn)引擎的預(yù)定數(shù)量的彩色通道中(208)，以及其中所說的方法進(jìn)一步包括反向旋轉(zhuǎn)至少一個分離的重現(xiàn)的圖像以補償在形成至少一個多通道結(jié)構(gòu)時至少某些扇形束數(shù)據(jù)的初始旋轉(zhuǎn)(234，236)，此后將分離的重現(xiàn)的圖像組合以產(chǎn)生重建的圖像(238，240)。
13.權(quán)利要求11所述的方法，其中投影數(shù)據(jù)組包括錐形束數(shù)據(jù)(300)，以及其中劃分包括將錐形束數(shù)據(jù)劃分為所說的多個多通道結(jié)構(gòu)而沒有與錐形束數(shù)據(jù)相關(guān)的基準(zhǔn)投影角(308，310，312，314)，以及其中在所說的重現(xiàn)重現(xiàn)片層時所說的中間結(jié)果的累積形成多重同時重現(xiàn)的片層(326)。
14.權(quán)利要求11所述的方法，其中投影數(shù)據(jù)組包括螺旋束數(shù)據(jù)(600)，以及其中劃分進(jìn)一步包括對于至少一個多通道結(jié)構(gòu)，使用多個多通道結(jié)構(gòu)中至少某些多通道結(jié)構(gòu)確定在螺距角之間的幾何距離變化(618)，以及所說的同時重現(xiàn)包括使用在螺距角之間的幾何距離變化對于常數(shù)結(jié)構(gòu)移位調(diào)節(jié)與至少一個當(dāng)前的投影角度相關(guān)的重現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的模型空間(624)，以及其中累積進(jìn)一步包括累積分離的重現(xiàn)的圖像以形成螺旋束重建的圖像(628)。
15.一種從螺旋束投影數(shù)據(jù)中進(jìn)行圖像反向投影的方法，包括將投影數(shù)據(jù)載入多重結(jié)構(gòu)(508)中；對于至少一個結(jié)構(gòu)，使用多重結(jié)構(gòu)中至少某些結(jié)構(gòu)確定在螺旋角之間的結(jié)構(gòu)距離變化(510)；使用圖形重現(xiàn)引擎重現(xiàn)該多重結(jié)構(gòu)(526)，所說的重現(xiàn)包括使用在螺旋角之間的確定的結(jié)構(gòu)距離變化對于常數(shù)結(jié)構(gòu)距離調(diào)節(jié)與至少一個投影角相關(guān)的重現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的模型空間(524)；以及累積重現(xiàn)的圖像以從螺旋束投影數(shù)據(jù)中產(chǎn)生螺旋束重建的圖像(528)。
16.權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括使用通用計算機圖形和成像計算機(150)以執(zhí)行所說的重現(xiàn)。
17.一種診斷成像方法，包括產(chǎn)生螺旋束投影數(shù)據(jù)(500)；和從該螺旋束投影數(shù)據(jù)中重建圖像，所說的重建包括將投影數(shù)據(jù)載入多重結(jié)構(gòu)中(508)；對于至少一個結(jié)構(gòu)，使用多重結(jié)構(gòu)中至少某些結(jié)構(gòu)確定在螺旋角之間的結(jié)構(gòu)距離變化(510)；使用圖形重現(xiàn)引擎重現(xiàn)多重結(jié)構(gòu)(526)，所說的重現(xiàn)包括使用在螺旋角之間的確定的結(jié)構(gòu)距離變化對于常數(shù)結(jié)構(gòu)距離調(diào)節(jié)與至少一個投影角相關(guān)的重現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的模型空間(524)；以及累積重現(xiàn)的圖像以產(chǎn)生螺旋束重建的圖像(528)。
18.一種從投影數(shù)據(jù)組中進(jìn)行圖像反向投影的系統(tǒng)，包括預(yù)重現(xiàn)裝置(140)，用于將投影數(shù)據(jù)劃分為多個多通道結(jié)構(gòu)(206，208，306，308，610)；多色重現(xiàn)裝置(150)，用于使用多色重現(xiàn)引擎的彩色通道同時重現(xiàn)經(jīng)劃分的投影數(shù)據(jù)組以獲得每個彩色通道的中間結(jié)果(224，324，626)，其中至少一個多通道結(jié)構(gòu)對應(yīng)于多色重現(xiàn)裝置的預(yù)定數(shù)量的彩色通道；以及后重現(xiàn)裝置(180)，用于累積每個彩色通道的中間結(jié)果以產(chǎn)生分離的重現(xiàn)的圖像(226，326，628)，其中使用多色重現(xiàn)裝置的分離的彩色通道從投影數(shù)據(jù)組中同時重現(xiàn)多重圖像。
19.權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中投影數(shù)據(jù)組包括平行束數(shù)據(jù)、扇形束數(shù)據(jù)、錐形束數(shù)據(jù)、螺旋扇形束數(shù)據(jù)和螺旋錐形束數(shù)據(jù)中的至少一種數(shù)據(jù)。
20.權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，后重現(xiàn)裝置(180)進(jìn)一步包括組合分離的重現(xiàn)的圖像以產(chǎn)生重建的圖像(230，328，330，334，336，338，630)的裝置。
21.權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中重建的圖像包括重建的片層或重建的體積。
22.權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中預(yù)重現(xiàn)裝置(140)進(jìn)一步包括利用與投影數(shù)據(jù)組相關(guān)的投影角將投影數(shù)據(jù)組劃分為多個多通道結(jié)構(gòu)(206，208)的裝置。
23.權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中投影數(shù)據(jù)組包括扇形束數(shù)據(jù)(200)，以及其中所說的預(yù)重現(xiàn)裝置(140)進(jìn)一步包括如下的裝置，該裝置使用與該扇形束數(shù)據(jù)相關(guān)的投影角旋轉(zhuǎn)至少某些扇形束數(shù)據(jù)以產(chǎn)生至少一個多通道結(jié)構(gòu)以載入到多色重現(xiàn)引擎的預(yù)定數(shù)量的彩色通道中(208)，以及其中所說的后重現(xiàn)裝置(180)進(jìn)一步包括如下的裝置，該裝置反向旋轉(zhuǎn)至少一個分離的重現(xiàn)的圖像以補償在形成至少一個多通道結(jié)構(gòu)時至少某些扇形束數(shù)據(jù)的初始旋轉(zhuǎn)(234，236)，此后將分離的重現(xiàn)的圖像組合以產(chǎn)生重建的圖像(238，240)。
24.權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中預(yù)定數(shù)量的彩色通道包括三個彩色通道，以及該預(yù)重現(xiàn)裝置(140)進(jìn)一步包括將至少一個多通道結(jié)構(gòu)載入到三個彩色通道中的裝置，該載入包括將它的至少某些投影角度數(shù)據(jù)載入到三個彩色通道的第一通道中(210)并旋轉(zhuǎn)120°、將它的至少某些投影角度數(shù)據(jù)載入到三個彩色通道的第二通道中(212)并旋轉(zhuǎn)240°和將它的至少某些投影角度數(shù)據(jù)載入到三個彩色通道的第三通道中(214)。
25.權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中投影數(shù)據(jù)組包括錐形束數(shù)據(jù)(300)，以及其中該預(yù)重現(xiàn)裝置(140)包括將錐形束數(shù)據(jù)劃分為所說的多個多通道結(jié)構(gòu)(308，310，312，314)的裝置，以及其中在所說的重現(xiàn)重現(xiàn)片層時所說的后重現(xiàn)裝置累積中間結(jié)果以形成多重同時重現(xiàn)的片層(326)。
26.權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中投影數(shù)據(jù)組包括螺旋束數(shù)據(jù)(600)，以及其中該預(yù)重現(xiàn)裝置(140)進(jìn)一步包括如下的裝置，該裝置用于，對于至少一個多通道結(jié)構(gòu)，使用多個多通道結(jié)構(gòu)中至少某些多通道結(jié)構(gòu)確定在螺距角之間的幾何距離變化(618)，以及所說的多色重現(xiàn)裝置包括如下的裝置，該裝置使用在螺距角之間的幾何距離變化對于常數(shù)結(jié)構(gòu)移位的調(diào)節(jié)與至少一個當(dāng)前的投影角度相關(guān)的重現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的模型空間(624)，以及其中該后重現(xiàn)裝置(120)進(jìn)一步包括累積分離的重現(xiàn)的圖像以形成螺旋束重建的圖像(628)的裝置。
27.權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，多色重現(xiàn)裝置(150)包括使用通用計算機圖形和成像計算機以執(zhí)行劃分的投影數(shù)據(jù)組的所說的同時重現(xiàn)，所說的通用計算機圖形和成像計算機具有所說的預(yù)定數(shù)量的彩色通道。
28.一種診斷成像系統(tǒng)，包括產(chǎn)生投影數(shù)據(jù)組(200，300，600)的掃描裝置(10)；和從該投影數(shù)據(jù)組中重建圖像的圖像反向投影裝置(140)，所說的圖像反向投影裝置包括預(yù)重現(xiàn)裝置，用于將投影數(shù)據(jù)劃分為多個多通道結(jié)構(gòu)(206，208，306，308，610)；多色重現(xiàn)裝置(150)，用于使用多色重現(xiàn)裝置的預(yù)定數(shù)量的彩色通道同時重現(xiàn)經(jīng)劃分的投影數(shù)據(jù)組以獲得每個彩色通道的中間結(jié)果，其中每個多通道結(jié)構(gòu)對應(yīng)于多色重現(xiàn)裝置的預(yù)定數(shù)量的彩色通道(224，324，626)；以及后重現(xiàn)裝置(180)，用于累積每個彩色通道的中間結(jié)果以產(chǎn)生分離的重現(xiàn)的圖像(226，326，628)，其中使用多色重現(xiàn)裝置的分離的彩色通道從投影數(shù)據(jù)組中同時重現(xiàn)多重圖像。
29.權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中投影數(shù)據(jù)組包括扇形束數(shù)據(jù)(200)，以及其中所說的預(yù)重現(xiàn)裝置(140)進(jìn)一步包括如下的裝置，該裝置使用與該扇形束數(shù)據(jù)相關(guān)的投影角旋轉(zhuǎn)至少某些扇形束數(shù)據(jù)以產(chǎn)生至少一個多通道結(jié)構(gòu)以載入到多色重現(xiàn)引擎的預(yù)定數(shù)量的彩色通道中(208)，以及其中所說的后重現(xiàn)裝置(180)進(jìn)一步包括如下的裝置，該裝置反向旋轉(zhuǎn)至少一個分離的重現(xiàn)的圖像以補償在形成至少一個多通道結(jié)構(gòu)時至少某些扇形束數(shù)據(jù)的初始旋轉(zhuǎn)(234，236)，此后將分離的重現(xiàn)的圖像組合以產(chǎn)生重建的圖像(238，240)。
30.權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中投影數(shù)據(jù)組包括錐形束數(shù)據(jù)(300)，以及其中該預(yù)重現(xiàn)裝置(140)包括將錐形束數(shù)據(jù)劃分為所說的多個多通道結(jié)構(gòu)而沒有與錐形束數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)投影角(308，310，312，314)的裝置，以及其中在所說的重現(xiàn)重現(xiàn)片層時所說的后重現(xiàn)裝置累積中間結(jié)果以形成多重同時重現(xiàn)的片層(326)。
31.權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中投影數(shù)據(jù)組包括螺旋束數(shù)據(jù)(600)，以及其中該預(yù)重現(xiàn)裝置(140)進(jìn)一步包括如下的裝置，該裝置用于，對于至少一個多通道結(jié)構(gòu)，使用多個多通道結(jié)構(gòu)中至少某些多通道結(jié)構(gòu)確定在螺距角之間的幾何距離變化(618)，以及所說的重現(xiàn)裝置包括如下的裝置，該裝置使用在螺距角之間的幾何距離變化對于常數(shù)結(jié)構(gòu)移位調(diào)節(jié)與至少一個當(dāng)前的投影角度相關(guān)的重現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的模型空間(624)，以及其中該后重現(xiàn)裝置進(jìn)一步包括累積分離的重現(xiàn)的圖像以形成螺旋束重建的圖像(628)的裝置。
32.一種從螺旋束投影數(shù)據(jù)(500)中進(jìn)行圖像反向投影的系統(tǒng)，所說的系統(tǒng)包括預(yù)重現(xiàn)裝置(140)，用于將投影數(shù)據(jù)載入多重結(jié)構(gòu)中(508)，并且對于至少一個結(jié)構(gòu)，使用多重結(jié)構(gòu)中至少某些結(jié)構(gòu)確定在螺旋角之間的結(jié)構(gòu)距離變化(510)；圖形重現(xiàn)裝置(150)，用于重現(xiàn)該多重結(jié)構(gòu)，所說的重現(xiàn)包括使用在螺旋角之間的確定的結(jié)構(gòu)距離變化對于常數(shù)結(jié)構(gòu)距離調(diào)節(jié)與至少一個投影角相關(guān)的重現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的模型空間(524)；以及后重現(xiàn)裝置(180)，用于累積重現(xiàn)的圖像以從螺旋束投影數(shù)據(jù)中產(chǎn)生重建的圖像(528)。
33.權(quán)利要求32所述的方法，其中圖形重現(xiàn)裝置(150)包括通用計算機圖形和成像計算機。
34.一種診斷成像系統(tǒng)，包括產(chǎn)生螺旋束投影數(shù)據(jù)(500)的掃描裝置(10)；和從該螺旋束投影數(shù)據(jù)中重建圖像的圖像反向投影裝置，所說的圖像反向投影裝置包括預(yù)重現(xiàn)裝置(140)，用于將投影數(shù)據(jù)載入多重結(jié)構(gòu)中(508)，并且對于至少一個結(jié)構(gòu)，使用多重結(jié)構(gòu)中至少某些結(jié)構(gòu)確定在螺旋角之間的結(jié)構(gòu)距離變化(510)；圖形重現(xiàn)裝置(150)，用于重現(xiàn)該多重結(jié)構(gòu)，所說的重現(xiàn)包括對于常數(shù)結(jié)構(gòu)距離使用在螺旋角之間的所述確定的結(jié)構(gòu)距離變化調(diào)節(jié)與至少一個投影角相關(guān)的重現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的模型空間(524)；以及后重現(xiàn)裝置(180)，用于累積重現(xiàn)的圖像以從螺旋束投影數(shù)據(jù)中產(chǎn)生重建的圖像(528)。
35.至少一種程序存儲裝置，該裝置可由機器讀取并確實地實施由該機器可執(zhí)行的指令的至少一個程序以執(zhí)行從投影數(shù)據(jù)組(200，300，600)中進(jìn)行圖像反向投影的方法，所說的方法包括將投影數(shù)據(jù)劃分為多個多通道結(jié)構(gòu)(206，208，306，308，610)，每個多通道結(jié)構(gòu)對應(yīng)于多色重現(xiàn)引擎的預(yù)定數(shù)量的彩色通道；使用多色重現(xiàn)引擎的彩色通道同時重現(xiàn)經(jīng)劃分的投影數(shù)據(jù)組以獲得每個彩色通道的中間結(jié)果(224，324，626)；以及累積每個彩色通道的中間結(jié)果以產(chǎn)生分離的重現(xiàn)的圖像(226，326，628)，其中使用多色重現(xiàn)引擎的分離的彩色通道從投影數(shù)據(jù)組中同時重現(xiàn)多重圖像。
36.權(quán)利要求35所述的至少一種程序存儲裝置，其中投影數(shù)據(jù)組包括平行束數(shù)據(jù)、扇形束數(shù)據(jù)、錐形束數(shù)據(jù)、螺旋扇形束數(shù)據(jù)和螺旋錐形束數(shù)據(jù)中的至少一種數(shù)據(jù)。
37.權(quán)利要求35所述的至少一種程序存儲裝置，進(jìn)一步包括組合分離的重現(xiàn)的圖像以產(chǎn)生重建的圖像(230，328，330，334，336，338，630)，其中重建的圖像包括重建的片層或重建的體積。
38.權(quán)利要求35所述的至少一種程序存儲裝置，其中劃分包括利用與投影數(shù)據(jù)組相關(guān)的投影角將投影數(shù)據(jù)組劃分為多個多通道結(jié)構(gòu)(206，208)。
39.權(quán)利要求35所述的至少一種程序存儲裝置，其中投影數(shù)據(jù)組包括扇形束數(shù)據(jù)(200)，以及其中所說的劃分進(jìn)一步包括使用與該扇形束數(shù)據(jù)相關(guān)的投影角旋轉(zhuǎn)至少某些扇形束數(shù)據(jù)以產(chǎn)生至少一個多通道結(jié)構(gòu)以載入到多色重現(xiàn)引擎的預(yù)定數(shù)量的彩色通道中(208)，以及其中所說的方法進(jìn)一步包括反向旋轉(zhuǎn)至少一個分離的重現(xiàn)的圖像以補償在形成至少一個多通道結(jié)構(gòu)時至少某些扇形束數(shù)據(jù)的初始旋轉(zhuǎn)(234，236)，此后將分離的重現(xiàn)的圖像組合以產(chǎn)生重建的圖像(238，240)。
40.權(quán)利要求35所述的至少一種程序存儲裝置，其中投影數(shù)據(jù)組包括錐形束數(shù)據(jù)(300)，以及其中劃分包括將錐形束數(shù)據(jù)劃分為所說的多個多通道結(jié)構(gòu)(308，310，312，314)，以及其中在所說的重現(xiàn)重現(xiàn)片層時所說的中間結(jié)果的累積形成多重同時重現(xiàn)的片層(326)。
41.權(quán)利要求35所述的至少一種程序存儲裝置，其中投影數(shù)據(jù)組包括螺旋束數(shù)據(jù)(600)，以及其中劃分進(jìn)一步包括對于至少一個多通道結(jié)構(gòu)，使用多個多通道結(jié)構(gòu)中至少某些多通道結(jié)構(gòu)確定在螺距角之間的幾何距離變化(618)，以及所說的同時重現(xiàn)包括使用在螺距角之間的幾何距離變化對于常數(shù)結(jié)構(gòu)移位調(diào)節(jié)與至少一個當(dāng)前的投影角度相關(guān)的重現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的模型空間(624)，以及其中累積進(jìn)一步包括累積分離的重現(xiàn)的圖像以形成螺旋束重建的圖像(628)。
42.至少一種程序存儲裝置，該裝置可由機器讀取并確實地實施由該機器可執(zhí)行的指令的至少一個程序以執(zhí)行從螺旋束投影數(shù)據(jù)(500)中進(jìn)行圖像反向投影的方法，所說的方法包括將投影數(shù)據(jù)載入多重結(jié)構(gòu)中(508)；對于至少一個結(jié)構(gòu)，使用多重結(jié)構(gòu)中至少某些結(jié)構(gòu)確定在螺旋角之間的結(jié)構(gòu)距離變化(510)；使用圖形重現(xiàn)引擎重現(xiàn)多重結(jié)構(gòu)(526)，所說的重現(xiàn)包括對于常數(shù)結(jié)構(gòu)距離使用在螺旋角之間的確定的結(jié)構(gòu)距離變化調(diào)節(jié)與至少一個投影角相關(guān)的重現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的模型空間(524)；以及累積重現(xiàn)的圖像以從螺旋束投影數(shù)據(jù)中產(chǎn)生螺旋束重建的圖像(528)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種從投影數(shù)據(jù)組(200，300，600)中實施反向投影圖像的技術(shù)的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品。該技術(shù)包括將投影數(shù)據(jù)劃分為多個多通道結(jié)構(gòu)(206，208，306，308，610)，每個多通道結(jié)構(gòu)對應(yīng)于多色重現(xiàn)引擎的預(yù)定數(shù)量的彩色通道。使用多色重現(xiàn)引擎的彩色通道同時重現(xiàn)經(jīng)劃分的投影數(shù)據(jù)組并獲得每個彩色通道的中間結(jié)果(224，324，626)。累積每個彩色通道的中間結(jié)果以產(chǎn)生分離的重現(xiàn)的圖像(226，326，628)，其中使用多色重現(xiàn)引擎的分離的彩色通道從投影數(shù)據(jù)組中同時重現(xiàn)多重圖像。
文檔編號G06T11/00GK1493256SQ0315874
公開日2004年5月5日 申請日期2003年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月20日
發(fā)明者J·M·特姆金, J M 特姆金, J·施米德雷爾, 椎呂錐, S·巴蘇 申請人:通用電氣公司